51单片机汽车尾灯设计论文.doc

基于51单片机对汽车LED尾灯控制器的设计 诚信承诺书我郑重承诺如下：我向学院呈交的论文基于51单片机对汽车尾灯控制器的设计是我在指导老师苑士华与邹浙湘指导老师的指导下独立完成的，绝无抄袭其他论文、剽窃行为；在引用他人的研究成果以及数据资料时已经全部注明了引用的出处并致谢。若本文涉及知识产权纠纷等法律问题，均有本人负完全责任。 包括下述论文在内的所有学生的学年论文和毕业论文作者只拥有署名权，该论文是否被发表及如何发表应与指导教师在协商后并经由学院给予同意意见。学院对此论文拥有保存、收录、使用的权利。论文可供师生无偿查阅、引用。若此论文产生了直接经济效益由学院、作者和指导老师共同协商分享。 承诺人 专业 年级 签 名 年 月 日 基于51单片机对汽车LED尾灯控制器的设计摘要本次论文主要利用AT89S52单片机模拟汽车尾灯进行智能控制的控制器，用8个LED灯模拟汽车尾灯，6个独立按键分别对应了右转、左转、危险警示、夜间模式切换、检查信号、刹车不同的状态，在实际设计模拟电路中，我加入了74HC595芯片，减少了使用51单片机的I/0口的使用，在复杂的电路中，这是一种很好的方式实现一种芯片控制多个不同电路的优点。在实际设计模拟汽车尾灯控制电路中，了解了LED驱动电路特性，提出相应解决方案，进行可靠性的设计。在这次设计模拟汽车尾灯控制电路，能很好的综合运用我们在课程中学习到的51单片机的功能与运用，还有C语言编程，模拟电子电路基础，以及数字电路基础，在实际应用中，有许多种方法设计汽车尾灯的控制，在本次设计模拟电路中，我用的是AT89S52单片机作为整个电路的设计核心来控制整个电路的模拟功能，整个电路变的简单、直观，制作方便，而且容易操作，51单片机可反复擦写，性能可靠等优点。关键词：AT89S52、74HC595、 LED灯、汽车尾灯、C语言abstract In this paper,Simulation this paper mainly use AT89S52 car taillight controller of intelligent control, with eight car tail lights, LED lights simulation six independent keys corresponding to turn right, turn left, risk warning, night mode, check the switch signal, brake different state, in the actual design analog circuits, I joined the 74 hc595 are needed chip, reduce the use of 51 single-chip microcomputer I / 0 interface to use, in a complex circuit, it is a good way to realize the advantages of a different circuit chip control. In the actual design automobile tail light control circuit simulation, know the LED driver circuit characteristics, put forward the corresponding solution, the reliability design. Simulation in the design automobile tail light control circuit, can be a very good combination of we learned in the course of function and use of 51 single-chip microcomputer and the C language programming, analog electronic circuit, and digital circuit basis, in practice, there are many ways of design automobile tail light control, in the analog circuit design, I am using AT89S52 as the core to control circuit design of the circuit simulation function, the whole circuit is simple and intuitive, and convenient, and easy to operate, 51 single-chip microcomputer can wipe again and again, the advantages of reliable performance.Keywords: AT89S52, 74 hc595 are needed, LED lights, car tail lights, C language目录1绪言51.1课题的研究背景与意义51.1.1 汽车灯光简介51.1.2 汽车尾灯介绍51.1.3 尾灯灯泡分类51.2 课题研究的热点及发展概况51.2.1国外研究现状及成果：61.2.2国内研究现状及成果：61.3本次设计的主要任务以及要求71.3.1设计目的及任务71.3.3工作要求73汽车LED尾灯控制器硬件设计83.1硬件设计系统框架83.1.1系统的框架结构图83.1.2系统功能83.2硬件设计93.2.1单片机技术简介93.2.2系统主要芯片和元器件的介绍及应用103.2.3 74HC59驱动8位led电路设计133.3仿真电路设计153.3.1Proteus软件简介153.3.2仿真电路的设计173.4软件设计183.4.1编程软件Keil4的介绍183.4.2程序设计194组装与调试204.1 元器件的选择204.2pcb版的制作204.3软件调试时遇到的问题及解决方法214.4实物图225.总结22致谢23参考文献24附录一：251绪言1.1课题的研究背景与意义 1.1.1 汽车灯光简介 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年 半导体照明推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5 年内会形成每年30 亿元的产值。 1.1.2 汽车尾灯介绍汽车尾灯，包括汽车尾部中的灯具和灯泡。其中，灯具的作用之一就是把灯泡发出来的光进行聚合再发射出去，从而达到增强灯泡发出来的光的亮度和射程；作用之二就是通过灯具的颜色改变灯泡发光颜色。汽车尾灯包含：转向灯、刹车灯、位置灯、后雾灯、倒车灯、停车灯。其中，有些车型把刹车灯和位置灯组合在一起，做成的灯泡是双丝的，如P21/5W的灯泡，当处于刹车灯状态时功率是21W，处于位置灯状态时功率是5W。后雾灯和倒车灯是这样分布的：左雾灯，右倒车灯，也就是说是单雾灯单倒车灯。转向灯和刹车灯是对称的，左右各一个。 1.1.3 尾灯灯泡分类灯泡目前主要有三种，一种是卤素汽车灯泡，一种是HID汽车灯泡，还有就是新兴的LED汽车灯泡。总的来说，整个汽车尾灯的设计涉及到光学、材料学、结构学等学科，如何能够最大发挥出光效的同时兼顾不同的形状、线条，与汽车的完美结合，都在考验设计师的能力。 而随着led技术的进步，汽车中越来越多的部位灯开始使用由led做成的灯泡了。由于led材料环保节能、高效长寿、发光颜色纯等优势，必将会完全取代卤素灯泡。led车灯已成为一种潮流时尚趋势，如奥迪、宝马等著名品牌汽车制造商已经广泛使用led汽车灯泡。 1.2 课题研究的热点及发展概况作为第四代汽车光源的半导体发光二极管（LED），是一种新型环保光源，具有发光效率高、色纯度高、响应速度快、体积小便于设计等特点，其使用寿命长、能经受较强的机械冲击和振动、可靠性高、工作电流小、可与数字电路兼容等许多优点。1.2.1国外研究现状及成果： 目前，国外的汽车LED灯使用率达30%，国外共有近200家公司参与GaN器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与GaN的研发。目前，功率型白光LED光视效能已经达到100lm/W，研究水平达到160lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝色、绿色LED的市场，丰田合成在白光LED及车队照明技术开发据国际前端；美国Cree的碳化硅衬底生长GaN外延片国际领先，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumileds功率型白光LED国际领先；传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型LED封装和车用LED灯具开发国际领先。2004年，Audi A8 6.0L豪华车第一次使用Lumileds的6个白色Luxeon LED作为日间行车灯。2007年，日本丰田汽车推出了Lexus顶级混合动力车“LS600h”和“LS600hL”，成为全球首次配备使用全白光Nichia LED前照灯的量产车。1.2.2国内研究现状及成果：目前，LED车灯在国内汽车的使用率不足1%，LED灯具在中国市场发展目前主要阻力是成本问题。LED芯片生产技术难度大，门槛高，养晶过程的温度，湿度，供电，除尘要求十分严格，初期需要投入巨资建工厂。目前LED芯片的主要产地为我国台湾。芯片需要大量进口，是成本高的一个主要原因；其二是国内汽车行业的制造商及消费者对LED车灯的认识不够，习惯于用LED车灯与传统车灯进行成本比较，影响了LED车灯产业快速发展的步伐。 而且，关于国内LED电路的发展，国内近几年陆续引进了50多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会大规模的生产。国家“863”计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发，通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。LED组合尾灯的控制器设计方面，我国已有比较成熟的技术，使用安森美半导体开发的NCV7680满足组合尾灯工程师以任何拓扑结构例行应用各种LED阵列所需的要求。在本文，本人尝试基于51单片机来进行研究开发，在该芯片下完成该课题研究，因此，部分方法不能简单操作。意义：主要体现在汽车的安全性、环保节约能源、款式灵活多样等几个方面。 1）LED具有激励响应时间短这一优势，在应用于刹车灯方面，能够让后面的车辆使用者更快作出反应，减少交通事故隐患，提高车辆行驶的安全性。2）使用LED的尾灯具，其使用寿命可达10万小时，在汽车寿命期间无须更换，并提高车辆尾灯电路的使用寿命。 3）通过组合式尾灯，能够减少在汽车中的电路，节约成本，遇到故障时方便检测。4)LED体积小，开发出一套LED组合式尾灯，其装嵌的深度浅，能大大缩小尾灯占用汽车后车厢的体积，同时大幅度降低了车辆的制作成本，同时符合现代人在汽车外形设计上低侧面流线形的美观需求。1.3本次设计的主要任务以及要求1.3.1设计目的及任务a.通过网上查阅相关资料，充分了解汽车尾灯的工作原理，设计模拟汽车尾灯的电路。b.复习与巩固“AT89S52单片机原理以及C语言编程设计”，掌握51单片机的I/O口使用以及扩展，能用I/O口控制LED的亮灭，模拟汽车尾灯的控制。c.了解并运用74HC595的结构功能以及应用。d.利用Autilum designer软件设计模拟汽车尾灯控制的原理图，做出PCB板，以及后期的焊接与调试。e.使用Keil4软件编写 C语言程序，在做好的模拟的电路板中下载调试。f.利用proteus软件画出原理图进行程序仿真。g.写出此次设计的报告和制作出答辩时的PPT。1.3.2技术要求a.采用AT89S52单片机作为整个电路的控制核心，控制8个LED灯的亮灭，以实现模拟汽车尾灯的控制。b.使用74HC595芯片作为驱动LED灯的驱动电路，可以减少对单片机I/O口的使用。c.利用6个独立按键模拟汽车尾灯控制器，分别代表着“右转”、“左转”、“危险警示”、“夜间模式切换”、“检查信号”、“刹车”。1.3.3工作要求a.构建基于AT89S52单片机的控制系统的总体结构框图；b.根据开题报告要求，选择购买主要元器件，通过查阅网上资料，并且计算所需的电路参数；设计出模拟汽车尾灯的电路，在学校开放性实验室中做出进行实物的焊接以及调试；c.根据题目的要求，以及操作功能的需要，确定6个独立按键功能；d.采用C语言编写电路的程序，进行后期的调试，直到能够完全实现功能。e.进行电路仿真，调试程序。F. 写出此次设计的步骤，在实际操作时遇到的困难，以及软件调试直至通过，记录在对模拟电路进行调试分析的结果，写出设计报告和制作答辩所需的PPT。3汽车LED尾灯控制器硬件设计3.1硬件设计系统框架本模拟汽车尾灯控制系统主要以AT89S52单片机为核心，制作出的一款新型LED组合式汽车尾灯控制的电路，并且利用6个独立按键实现左转、右转、刹车、行车、危险警示、检查信号等信号灯的功能并且利用74HC595芯片实现只利用单片机3个I/O口实现多个状态控制。该系统由电源电路、电源指示灯、下载接口、复位电路、74HC595串行输入并行输出控制8个LED灯、振荡电路。3.1.1系统的框架结构图3.1.2系统功能本系统主要实现模拟汽车行驶状态中尾灯控制的状态并用8个LED灯的组合式亮灭来代表了汽车右转、左转、危险警示、夜间模式切换、检查信号、刹车同时，本系统还实现了白天和夜间两种模式。用户可根据需要按对应的“夜间模式切换”按键切换，观察汽车在白天与夜间的状态以及对应的变化。我们总共设计了6个独立按键S1-S6，下图所示为按键功能介绍：3.2硬件设计3.2.1单片机技术简介单片机又称为单片微型计算机（single chip microcomputer）又称为微控制处理器或嵌入式微控制处理器。它是将计算机的部分基本组成部件做到微型化，使之集成在一块芯片上的微型计算机。其上集成了包括中央处理器CPU、片内含有随机存储器RAM、程序存储器ROM或者EOROM、并行的8位I/0口，定时器与计数器，中断控制处理器及支持总线模式等。它是工业设备控制、工业流程检测控制和智能化电器设备控制系统中应用程度最广泛的一种处理器。这种处理器的最大特点是设计开发人员可以根据自己的想法和实际需要进行开发研究，设计一个基于单片机电子设备系统，因此更加的方便，更加的灵活，成本所需更低。设计基于单片机电路系统的基本方法是在单片机的基础上扩展一些I/O接口，如用于模/数转换的A/D芯片，D/A芯片，用于人机对话的键盘处理信息接口，LED灯和LCD接口，数码管显示接口等电子器件，可用于对输出控制的按键接口等。然后在此硬件基础上在开发一些应用软件就可以组成完整的单片机控制系统，经过软件调试就可以应用在实际生活中。单片机有着体积小，功耗低，运算速度快，功能多，性价比高，容易推广应用等显著性特点，在自动化控制装置，智能化显示仪器仪表，对于过程控制和在家用电器等众多领域中获得了广泛的应用。针对于国内开发应用单片机的发展情况来看，自从80年代初起步以来，以Intel公司的MCS-48系列的单片机为主导机种以来，单片机已有70多个系列，近500多个机种，许多电子公司率先渗入到微机控制的各个领域，并且取得了一定的应用成果。现在国际知名的公司有Intel公司、Atemel公司、Philips公司、Winbond公司、LG公司、Cygnal公司、Motorola公司、Zilog公司、Microchip公司、。80年代中期以来，随着单片机的性能更强，运算速度更快的MCS-51系列的单片机加入，单片机在应用中得到了更为迅速的推广和更为广泛的应用。3.2.2系统主要芯片和元器件的介绍及应用a.AT89S52单片机芯片AT89S52单片机是ATLEM公司推出的一种高速、低功耗、超强抗外界干扰微型单片机处理器，其编译的指令代码和C语言源程序完全兼容传统8051单片机，其为40引脚的双列直插封装形式的8位通用微型计算机处理器，采用工业上规定的标准的C51内核处理器，在其内部的功能及其引脚排布上与现在市场上或者工业上通用的8xc51是相同，其主要功能包括对会聚主IC内部的寄存器、数据的RAM及外部接口等功能部件的初始化，支持会聚调整控制，支持会聚测试图的有效控制，可以进行红外遥控信号IR的接收解码及与计算机主板CPU的通信等。主要特性如下：工作额定电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）工作的频率范围：040MHz，其相当于普通8051单片机的2倍，在实际测试中，其的最高工作频率可达48MHz。32个双向I/O口，256x8bit内部RAM，复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口内部是漏极开路形式输出，当其作为总线形式扩展I/O口用时，不用加上拉电阻，但是作为普通I/O口使用时，需加上拉电阻，否则无法使用P0口作为数据传输。ISP模式（在系统中可编程使用）/IAP模式（在应用可编程使用），无需专用程序编程器，无需专用程序仿真器，就可通过串口通信（RxD/P3.0口,TxD/P3.1口）直接下载用户所编写的程序，只需花费很少的时间便可以下载完程序，速度十分快、效率十分高。AT89S52具有EEPROM功能，可进行掉电保护，电源有复位端口接入，具有看门狗功能，一共2个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1和外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，掉电模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒，通用型的异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。以下是AT89S52的引脚参数及其封装说明AT89S52引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压（+5V）RST（9引脚）：复位输入端口。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）。PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端口。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端口。下面是AT89S52的样本图片P0 口是一组8位漏极开路型双向I/O 口， 即可以作为地址或者数据总线的两用I/O口。作为输出口使用时，每一位能吸收电流的方式用以驱动8个TTL逻辑门电路，让其进行输入口使用时必须对其写“1”，在对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗状态的输入端口使用。在其访问外部芯片的数据存储器或程序存储器时，这组I/O口线可以分时进行转换地址（低8 位）和数据总线的复用，在访问外部数据期间必须激活内部的上拉电阻才可以。在Flash编程时，P0 口接收指令代码字节，而在程序进行校验时候，输出指令代码字节，在进行校验时，要求在P0口外接上拉电阻。P1口是一个其内部自带上拉电阻的8位双向I/O 口，即具有通用的输入/ 输出功能，每一位都能独立地设定为输入口或输出口使用，P1口的输出缓冲级可用来驱动（吸收或者输出电流)4个TTL电平的逻辑门电路。在对其端口写“1”时，即对其内部的锁存器写“1”，通过其内部自带的上拉电阻可以把其端口拉到高电平，此时可以用作输入口。在作数据输入口使用时，因为其内部存在的上拉电阻，它的某个引脚会被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与8xC51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T1EX），在进行Flash的编程和程序校验期间，P1口用以接收数据的低8 位地址。P2口是一个内部自带有上拉电阻的8位双向I/O 口，即可用作输入/ 输出口的使用，也可作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。P2口的输出缓冲级可用以驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。这里和P1口是一样，可以对其端口P2 写“1”，通过内部自带的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口进行输入数据或者信号使用时，因为其内部存在上拉电阻，在其某个引脚被外部输入的信号拉低时会对外输出一个电流(IIL)。因P3口的功能繁多，可用作双向数据传输和串口输入输出（RxD/P3.口,TxD/P3.1口）故在这里把P3口的引脚复用功能以表格形式展示出来，如下表：P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）b.74HC595芯片74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻、关断、状态三态。将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。输出能力并行输出，总线驱动； 串行输出；标准中等规模集成电路。595移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。参考数据Cpd决定动态的能耗，Pd=CpdVCCf1+(CLVCC2f0)，F1=输入频率，CL=输出电容 f0=输出频率（MHz）Vcc=电源电压符合 引脚 描述Q0Q7 8位并行数据输出，其中Q0为第15脚，GND 第8脚 地，Q7 第9脚 串行数据输出，MR 第10脚 主复位（低电平），SHCP 第11脚 移位寄存器时钟输入，STCP 第12脚 存储寄存器时钟输入，OE 第13脚 输出有效（低电平）DS 第14脚 串行数据输入，VCC 第16脚 电源3.2.3 led驱动电路的设计方案一：使用MAX7219做为驱动芯片驱动8位LED，单片机控制MAX7219的时钟输入和串行数据输入，装再数据输入等三个输入端来实现对8为LED的控制。方案二：电路设计上通过单片机的3个IO口分别控制控制74HC595芯片的SHCP第11脚移位寄存器时钟输入、STCP 第12脚存储寄存器时钟输入、DS 第14脚 串行数据输入这三个IO口来实现74HC595对8位led灯的控制。方案分析：方案一是我最初选择驱动LED灯的芯片，实现对LED灯的恒流作用，但是经过我在做出实物调试时，我会发现在多次修改程序后，下载程序到实物中时，无法达到预期的实验效果，比如在按右转按键时或者左转按键时，我设定的程序是，3个灯分别以跑马灯的形式亮灭，而实际效果确实，3个灯的亮灭时间有差异，所以无法看出是有跑马灯的效果。于是我查询了大量的关于MAX7219的芯片资料，终于找到了原因：MAX7219是8位8段共阴数码管专用驱动器，是由MAXIM公司生产的一种集成化的串行输入/输出共阴显示驱动器，在我们操作数码管操作时，一般都是先送位码数据，接着在送段码数据，所以中间会有延时过程，而MAX7219也会有如此的操作过程，所以使用MAX7219时，会发现跑马灯的效果是亮灭时间是完全不定的，杂乱无章，所以综合分析各类因素，我决定不用MAX7219芯片。改用74HC595芯片，我选择该芯片的理由是，该芯片市场价格比MAX7219芯片价格低很多，而且它也具备了MAX7219串行输入并行输出的优点，不会占用过多的I/O口，同时它是8位并行输出，也就解决了上述说的MAX7219的时间上无法准确控制的问题，74HC595的运算处理速度是很快的，在我实际操作中，发现它能很好的实现预期的实验效果。所以，这是我选择改用74HC595的原因，也就是选择方案二作为我的设计电路的选择。控制模块电路图控制电路主要有复位电路、晶振电路、程序下载接口电路、74HC595主控电路构成。电路设计上通过单片机的P2.5-P2.7口分别控制控制74HC595芯片的SHCP第11脚移位寄存器时钟输入、STCP 第12脚存储寄存器时钟输入、DS 第14脚 串行数据输入这三个IO口来实现74HC595对8位led灯的控制。这样的设计不仅节约了单片机IO口，更方便了对LED亮度的控制。电源电路图电源电路通过一个7805稳压芯片将输入的非5V稳定电压转换成稳定的5V电压，为整个尾灯系统供电。8位LED显示电路显示电路由8位高亮发光二级管和限流排阻组成。排阻的使用，大大减少了绘制PCB 板和焊接时的工作量。在限流电阻的阻值得时候可以通过LED限流电阻计算公式来计算：R=(5V-1.2V)/10mA。排阻的公共端接上电源的正极，当控制电路中74HC595输出低电平时LED发光，从而实验堆LED的控制。按键控制电路设计6个按键分别实现刹车，左转，右转，模式调整，应急警告，检查led等功能。硬件电路总原理图3.3仿真电路设计3.3.1Proteus软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。功能介绍a.智能原理图设计丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。b.完善的电路仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；d.单片机协同仿真功能支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支e.持CORTEX、DSP处理器；支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；f.编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；g.实用的PCB设计平台原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览；多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。3.3.2仿真电路的设计仿真电路与原理图的设计应该保持一致，通过仿真可以检查硬件原图中的错误，以便在PCB制作之前更改错误，以便减少不必要的浪费。仿真电路设计图仿真原理图与硬件原理图基本一致，只是在单片机控制74HC595的IO为了方便连线而做了一定的更改，在仿真图中通过单片机的P2.0-P2.2口分别控制控制74HC595芯片的SHCP第11脚移位寄存器时钟输入、STCP 第12脚存储寄存器时钟输入、DS 第14脚 串行数据输入这三个IO口来实现74HC595对8位led灯的控制。这样的设计不仅节约了单片机IO口，更方便了对LED亮度的控制。3.4软件设计3.4.1编程软件Keil4的介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。2009年2月发布Keil Vision4，Keil Vision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。3.4.2程序设计LED状态图右尾灯D0右尾灯D1右尾灯D2右夜灯（刹车灯）D6左尾灯D3左尾灯D4左尾灯D5左夜灯(刹车灯D7）左转灭灭D3-D5流水灯形式循环点亮灭右转D2-D0流水灯形式循环点亮灭灭灭危险警告连续闪烁灭连续闪烁灭夜间行驶灭亮50%灭亮50%刹车灭亮100%灭亮100%白天行驶灭灭灭灭左转刹车灭亮100%D3-D5流水灯形式循环点亮亮100%右转刹车D2-D0流水灯形式循环点亮亮100%灭亮100%夜间行驶刹车灭亮100%灭100%左转夜间行驶刹车灭亮100%D3-D5流水灯形式循环点亮亮100%右转夜间行驶刹车D2-D0流水灯形式循环点亮亮100%灭亮100%程序实现的功能：最少用8盏灯，分别为D0D7a.D0、D1、D2表示右转，由D2-D1-D0以流水灯循环形式显示。b.D3、D4、D5表示左转，由D3-D4-D5以流水灯循环形式显示。c.夜间行车，D6、D7表示左右示宽灯，可以同时点亮，且不影响其他功能。d.刹车时，D6、D7亮。这里用PWM调光，示宽时亮50%，刹车时亮100%。e.危险警告信号，D0-D5同时同时连续闪烁f.检查信号，D0-D7同时亮一次熄灭g.刹车时可以左右转C语言程序：见附录一4组装与调试4.1 元器件的选择a.电阻的选择在单板电路设计中，电阻是最普通也是最常用的元器件。但电阻的种类十分繁多，各个类型都有自己的优缺点和合适的使用场合，因此在合适的电路中选择适合的电阻显得尤为重要，从封装形式上来看，插装电阻跟经济适用。b.电容的选择我们最常用的电容有：铝电解电容、钽电容、陶瓷电容。在硬件设计中，我们只用到了去耦电容一种功能的电容，去耦电容的作用是局部稳定有源器件的直流电源，减少通过板子传播的开关噪音，所以我们采用去耦作用明显的铝电解电容。c.led的选择，为了让灯亮度达到最大，且效果最明显，我们选用3mm的红光LED。4.2pcb版的制作采用印制板的主要优点有：a.减少了布线和装配的差错，节省了设备的维修、调试和检查时间；b.设计上可以标准化，利于互换布线密度高，体积小，重量轻。PCB布局图由于使用的是单层板，在布局的时候就需要一定的技巧，我们一定要尽量避免跳线的出现，跳线不仅影响了电路板的美观，而且在焊接的过程中，需要消耗大量的时间在焊接跳线上。同时给PCB板敷铜过后更美观，切线路不容易断。c.在硬件制作的过程中出现的问题以及处理方法：问题一，给单片机上电后电源指示灯不亮。后来换了一个电源指示灯就可以了。问题二，按键2始终没法用，用万用表检查过后发现，此按键的两只引脚与地相连，用锉刀挫开过后就解决了。4.3软件调试时遇到的问题及解决方法a.问题情况：灯不断闪烁。 问题分析：程序下载不完整，出现乱码。 解决办法：重新下载程序。b.问题情况：按下刹车键，只有一个刹车灯亮。 问题分析：在刹车函数中对595芯片输入的数据不正确。 解决办法：重新对刹车时8位的亮灭情况进行取值并重新送入595芯片。c.问题情况：在同时按下刹车和左转的时候。不能实现左转刹车的功能。问题分析：刹车按键和左转按键没有被同时扫描到解决办法：将刹车按键、左转按键的同时扫描更改为两个按键先后扫描，并精确延时。d.问题情况:在夜间模式启动后，按下刹车键，刹车灯的亮度没有发生变化。 问题分析：启动夜间模式后，刹车灯并没能够实现半两状态.PWM的取值不正确。 解决办法：调整PWM的值。4.4实物图5.总结随着毕业的临近，短短半学期的毕业设计也即将结束，回首整个设计过程，可以说我是伴随着苦与乐不断地进步着。因为所做课题相关的技术以前没有接触过，所以一开始就在图书馆借了很多相关方面的书籍，同时也在网上下载了很多教学视频，以了解相关技术和知识。又由于是自学，难免走了很多弯路，大部分都是因为对单片机的不熟悉而导致的，但通过认真的钻研，这些问题都一一得到了解决，最重要的有以下三方面的问题：首先在电路的焊接过程中，由于焊接的不谨慎等众多原因会导致电路板的一些端口虚焊，从而出现一些问题，此次焊接过程中，我避免了很多，随后又用万用表进行了测量，最终没有出现端口的虚焊。其次这次电路的实物图运用了好几个电路板，第一是集成度不高，第二也造成了一定程度的浪费，所以在电路的焊接上我将好几个模块集成在一个板上，降低了成本，提高了效率。最后对于按键电路，总会存在一个消抖，此次程序调试时，对于这个消抖变量我进行了很多次的试验，此变量如果设置过大系统反应迟钝，如果过小，会造成第一次的结束顺带到第二次的开始，所以经过反复测试之后，选择了一个恰当的值，达到了实验预期的结果。现在想想这一切都是值得的，正应了那句老话，“付出有多少，收获的喜悦就有多少”，在不断的学习与实践过程中，失败纵然使人懊恼，但失败之后的成功，使我体会到了苦尽甘来那种收获的满足感和成就感，并且认识到只有经历这样的过程，对所学知识才能有更深的体会，记忆才更加深刻。这次设计主要牵扯的知识有，单片机，编程语言，以及设计电路，这些知识，都是以前学过的知识，但在实际应用中却很少应用，通过本次设计，我深刻认识到，在校所学知识的重要性，它并非是脱离实际的，而只是对具体的一个抽象和提炼，只要掌握好学校所学的知识，只需花很少的时间，就能在具体的项目中游刃有余。在整个设计过程中，我不断的复习以前的知识，学习新的技术，并将其结合应用与实践中，经过整整半年的努力，终于完成了课题，不仅实现任务书中所要求的功能，并对其进行了扩展，使其功能更加全面和实用。致谢这次毕业设计能够顺利完成我要感谢我的指导老师。从刚开始的论文选题、研究、撰写到定稿，都得到卫老师细心的指导。卫老师亲切待人，为人谦虚，对学生关怀备至，不但为我们安排实验室，还提供力所能及的实验设备，他在工作上精益求精，启发学生开拓视野，强调科研与实践相结合，鼓励学生学以致用，在实践中发现问题、解决问题，其开明的学术思想、求实的科研作风和对科学研究及发展趋势的深刻认识给我以极大的影响、启发和熏陶，并激励我在今后的工作和学习中更加努力；其次要感谢的就是xxx老师和xx学长，是他们提供给我相关器材，我才能成功地焊完电路板。最后要感谢的就是在周围帮助我的同学们。在论文完成之际我要感谢大学求学期间给予我关心和帮助的所